國產電驅機組控制邏輯缺陷及優化

周圓

某站國產PCL804型電驅壓縮機組共三臺，在2016年年底12月完成24小時近似運行測試、72小時連續狀態測試及喘振線測試，在作業期間發現其控制邏輯存在以下隱患：一是啟機順控邏輯設計不合理對機組本體和輔助設備本體安全帶來隱患風險。二是機組安全防護連鎖設計不合理導致影響現場作業人員人身安全。三是主設備工況判斷邏輯設計考慮不全面導致大量天然氣浪費。四是HMI人機界面不完善導致故障判斷、監控和巡檢工作效率低下。

PCL803國產電驅壓縮機組自控系統主要由AADVANCE負責機組整體總控制，接收現場壓縮機部分AI/DI數據，通過AO和DO輸出控制壓縮機及輔助系統運行，同時由3C控制軟件及配套的通訊軟件負責數據傳輸、HMI顯示并主導機組轉速、防喘振控制系統。

此次發現主要邏輯缺陷集中在AAdvance和3C控制邏輯中，具體細分為以下6個內容：

1、啟機順控邏輯設計：啟機過程中順控啟動邏輯發出防喘管線隔離球閥打開信號的時序過早，造成隔離球閥密封面損壞的風險。

2、主設備工況判斷邏輯：機組充壓進行檢漏作業后必須執行泄壓啟機程序，導致天然氣大量浪費。

3、機組安全防護連鎖設計：干氣密封供氣閥泄壓停機期間誤動作風險威脅作業人員安全。

4、機組本體安全控制：機組未運行時，缸體充壓后，干氣密封閥無法打開導致干氣密封損壞。

5、安全報警監控控制：缺少啟機步序報警，導致故障判斷耗費時間過長。

6、HMI監控界面及人員巡檢：HMI監控及報警設置不明了導致巡檢效率低下

從投產期間沈鼓壓縮機組邏輯設計而言，存在以上的缺陷主要來自于缺少現場實際運行經驗和對機組、設備可能出現故障的前瞻，通過修改和新增部分邏輯即可增加機組本體及輔助設備的安全等級和性能，避免誤操作或者設備故障導致機組安全性能下降。通過與沈鼓自控公司對接，并在實驗室進行充分模擬實驗后，提出以加強設備本體及輔助設備安全性能和可靠性、降低設備能耗、滿足現場作業需求、保障現場作業人員人身安全、提升人員工作效率和監控力度5個方面為方向，設計出以下控制邏輯邏輯優化方案并進行實施。

1、優化機組啟機順控條件：為避免防喘隔離球閥在機組啟機期間過早打開，前后壓差過高導致閥體密封面損傷的問題，對啟機順控邏輯語句進行修改，將保/泄壓啟機時，將隔離閥打開的DO信號調整至缸體充壓完畢并反饋步序完成后輸出，與壓縮機進出口閥同時打開，保證了機組啟動期間隔離球閥動作時，閥門前后壓差處于平衡狀態，可以完全避免球閥密封面的損壞。

2、優化干氣密封供氣閥關閉條件：在Aadvance邏輯控制程序中，修改干氣密封供氣閥在停機期間的關閉條件為：機組無轉速，壓力小于0.4Mpa，機組不在啟機過程中時，自動關閉干氣密封供氣閥，避免了執行機組缸體泄壓命令時，干氣密封供氣閥過早關斷導致不潔凈的工藝氣反串至干氣密封，從而導致干氣密封動靜環磨損損壞。

3、優化干氣密封供氣閥打開的判斷條件：由原本設計靠ESD信號觸發信號判斷干氣密封供氣閥是否打開，修改為缸體壓力判斷其是否打開，避免了停運并放空后的機組因設備拆除等作業，再次觸發ESD信號后干氣密封供氣閥自動打開的問題，保證了現場作業人員的安全。

3、優化缸體是否需要吹掃放空的判斷邏輯：新增邏輯語句，修改啟機前是否需要缸體吹掃充壓的邏輯判斷：當機組無轉速，缸體內壓力大于5Mpa，且加載閥前后壓差小于100Kpa時，機組可以直接執行保壓啟機程序，不再進行置換和打開放空閥放空。如果需要進行機組入口工藝管線濾芯清潔、管線打開等作業，在回裝入口短節并對壓縮機充壓，對靜密封點測試漏點結束后啟機，無需放空缸體內天然氣，可以節約生產資源、降低放空量。

4、優化放空方式：控制程序中新增一鍵手動放空邏輯，同時在HMI監控界面增加一鍵手動泄壓按鈕，在機組停機狀態無轉速時，可以執行手動一鍵放空。避免了每次泄壓必須拍下壓縮機泄壓停機ESD按鈕觸發集中監視一級報警，同時也減少了人員操作，降低了作業風險步驟。

5、優化在AADVANCE中添加啟機順控步序失敗報警程序塊，減少了啟機過程中，機組出現故障后技術人員判斷故障所耗費的時間，增加了機組備用效率。

6、通過在3C監控界面上添加可觀看監控參數正常運行范圍的彈框，為壓縮機專業巡檢人員和值班監控人員提供便捷的機組監控界面，可以提前發現運行異常參數并用于參考，做到機組輔助設備及本體是否存在故障風險的提前判斷。

通過控制邏輯優化成功將3臺國產電驅壓縮機組故障次數由2017年8次降至次年3次。技術人員提前發現問題并預判故障次數由0次提升至4次，提升了壓縮機運維技術人員技術能力和經驗。在公司范圍內降低因8-25K小時保養后機組放空損耗及干氣密封損壞后維修及更換費用約370萬元。

運行控制邏輯和告警系統是機組及其輔助系統設備本體安全的保障，如果在設計時不進行現場全面考慮，長期運行后可能導致人員現場作業、設備本體風險陡增，所以在啟停機步序控制、輔助系統單體設備控制和告警系統邏輯控制以及人機監控界面設計時，應當將工藝運行環境、設備在用工況和人員維保作業相結合，進行多方面、全方位考慮后，設計出成熟且符合現場運行需求的控制邏輯，以保證機組、設備安全和工藝管輸運行平穩。